CC BY
57
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 544.174.2:541.621
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ПОЛИСИЛАН-ФУЛЛЕРЕН С60
НА СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И ОПТИЧЕСКОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В.В. Зуев, С.В. Бронников, С.В. Костромин, С.В. Серов, С.В. Лихоманова, М.Ф. Борковский,
Н.В. Каманина
Изучена концентрационная зависимость оптических спектров поглощения полиметилфенилсилана, допированного фуллереном С60. Показано, что при степени допирования, превышающей 0,8 мас.%, наблюдается сильный батохром-ный сдвиг, свидетельствующий об образовании комплекса полиметилфенилсилан-С60. Установлена возможность использования комплекса в качестве оптического ограничителя излучения в видимом диапазоне спектра. Ключевые слова: фуллерен С60, полиметилфенилсилан, спектры поглощения, оптическое ограничение излучения.
В связи с интенсивным развитием органической нано- и микроэлектроники востребованы и развиваются исследования, связанные с синтезом, модификацией свойств и расширением областей применения сопряженных органических структур с развитой системой с- и я-связей. Известно, что введение малого количества наночастиц в сопряженные органические структуры способствует улучшению их электрооптических свойств [1, 2]. В настоящей работе расширен класс органических материалов, проявляющих новые уникальные свойства при допировании с использованием современных сенсибилизаторов на основе фуллерена С60.
Модельной системой для исследования был выбран полисилан, который является полимером с с-сопряженной основой, что приводит к сильной зависимости абсорбционных спектров от конформации макромолекулы. В результате эти полимеры проявляют термо-, сольвато-, пьезо- и электрохромизм, что делает их перспективными материалами для применения в оптоэлектронике. Поскольку взаимодействие полисилана с наночастицами должно приводить к изменению конформационных характеристик макромолекул, целью работы является изучение влияния допирования фуллереном С60 на абсорбционные характеристики полисилана и изучение эффекта оптического ограничения излучения комплексом в видимом диапазоне спектра.
В качестве полисилана использовался полиметилфенилсилан (ПМФС). Осаждением из растворов ПМФС с С60 в ксилоле получены пленки толщиной 10-40 мкм с содержанием допанта 0,07-1,92 мас.%. Спектры поглощения записывали на спектрофотометре СФ-26. Нелинейное поглощение исследовали с применением излучения второй гармоники (532 нм) импульсного наносекундного неодимового лазера при вариации плотности энергии за счет применения калиброванных нейтральных фильтров.
720
700
680
3 660 и
^ 640 620 600 580
2,0
2 4
- 0,4% Ceo
6 8 Евх, мДж -1,11% Ceo -б
10 12 14
1,85% C6,
0,0 0,5 1,0 1,5 Концентрация С60, % а
Рисунок. Батохромный сдвиг в спектрах пленки ПМФС, допированной Сбо, в зависимости от концентрации С6о - прямая линия определяет экспериментальные точки, пунктирные показывают концентрационную область начала проявления эффекта оптического ограничения излучения (а); зависимость выходной энергии от входной энергии для пленки ПМФС, допированной Сбо, при различной концентрации Сбо (б)
Зависимость максимума спектров поглощения допированной пленки ПМФС от количества допанта приведена на рисунке, а. Видно, что при введении малого количества фуллерена (менее 0,8 мас.%) положение максимума в спектре практически не меняется, а при введении большего количества фуллерена (более 0,8 мас.%) максимум существенно сдвигается в сторону длинных волн, достигая 100 нм при содержании допанта 1,92 мас.%. Наблюдаемый сдвиг максимума поглощения является батохромным и свидетельствует об образовании комплекса между полимером и фуллереном.
На основе анализа спектральных характеристик изучен процесс оптического ограничения излучения в видимом диапазоне спектра. Результаты изменения уровня ограничения при разной концентрации допан-
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, № 5 (87)
та представлены на рисунке, б. Видно, что эффект оптического ограничения излучения на длине волны 532 нм проявляется лишь для образцов с концентрацией сенсибилизатора 1,11 и 1,85 мас.%. Для них насыщение поглощения наступает уже при 25 мДж/см2 (энергия вблизи 7 мДж). При превышении данного значения выходная энергия вновь начинает расти, по-видимому, за счет «включения» тепловых процессов.
Таким образом, в результате исследований спектров пропускания и проведенных экспериментов по нелинейному пропусканию лазерного излучения через среду изучаемого жидкокристаллического полимера, допированного фуллереном Сб0, впервые обнаружен спектральный сдвиг в сторону длинных волн, подтверждающий процесс комплексообразования в данной сложной органической системе; установлен уровень оптического ограничения излучения и концентрационный диапазон допанта, при котором проявляется эффект ограничения. Наблюдения априори говорят о перспективе использования композитов на основе исследованных матричных материалов и используемых наноструктур в системах оптического ограничения, по крайней мере, в видимом диапазоне спектра.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 13-03-00033).
1. Hegmann T., Qi H., Marx V.M. Nanoparticles in Liquid Crystals: Synthesis, Self-Assembly, Defect Formation and Potential Applications // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. - 2007. - V. 17. - P. 483-508.
2. Каманина Н.В. Фуллеренсодержащие диспергированные нематические жидкокристаллические структуры: динамические характеристики и процессы самоорганизации // Успехи физических наук. - 2005. - Т. 175. - № 4. - C. 445-454.
Зуев Вячеслав Викторович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор химических наук, профессор, zuev@hq.macro.ru
Бронников Сергей Васильевич - Институт высокомолекулярных соединений РАН, доктор физ-мат. наук, профессор, зав. лабораторией, bronnik@hq.macro.ru
Костромин Сергей Васильевич - Институт высокомолекулярных соединений РАН, кандидат химических наук, научный сотрудник, k-serg-v@mail.ru
Серов Сергей Владимирович - ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова», научный сотрудник, 0kauri0@gmail.com Лихоманова Светлана Владимировна - ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова», младший научный сотрудник; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант; lsv-87@bk.ru
Борковский Михаил Федорович - ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова», младший научный сотрудник; Санкт-Петербургский политехнический университет, студент; barik8991@mail.ru
Каманина Наталия Владимировна - ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова», начальник отдела; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, профессор; старший научный сотрудник; nvkamanina@mail.ru
УДК 517.958.52/59
К ВОПРОСУ ОБ АЭРОДИНАМИКЕ СНАРЯДА ДЛЯ ПРАЩИ Ю.В. Ганзий, Н.В. Митюков
В ANSYS CFX проведено моделирование обтекания снаряда для пращи, определены аэродинамические параметры вращающегося снаряда в диапазоне скоростей 0-50 м/с и угловых скоростей 0-15 об/с. Показано, что конструкция средневековых пращей должна была обеспечить минимальное закручивание снаряду, и, вероятно, диапазон скоростей не превышал 40-50 м/с.
Ключевые слова: математическое моделирование, лобовое сопротивление, боковая сила, реконструкция, праща, снаряд.
Праща - древнейшее метательное оружие, оставившее значительный след в военной истории. Тем не менее, она не получила столь широкое распространение, как, например, лук, из-за чего исторические источники сообщают о ней лишь довольно эклектичные сведения. Современные историки, как правило, пытаются объединить их в рамках единой теории, но пока безуспешно. Например, до сих пор нет единого мнения о реальных аэробаллистических характеристиках пращи: часть специалистов относятся к ней как к нелетальному «отпугивающему» оружию, другие, наоборот, видят в ней сильное убойное средство, способное пробить череп в шлеме (как в поединке Давида и Голиафа) [1]. Применение современных математических методов выводит задачу реконструкции на принципиально новый уровень. Ранее нами был предложен метод комплексной баллистической реконструкции системы «стрелок-оружие-снаряд-цель», позволяющий извлечь из исторического источника максимум скрытой, неявной информации, недоступной при использовании методов традиционных исторических исследований. Методика дала прекрасные результаты при математической реконструкции стрел и средневекового стрелкового оружия [2]. По этой причине следующим логическим шагом видится адаптация этой методики для задачи реконструкции пращи. Но реализация этой цели затрудняется отсутствием информации об аэродинамических характеристиках снаряда для пращи. Проведенный информационный поиск дал определенный материал для анализа аэродинамики низкоскоростного сферического тела (например, метательного ядра, пули для страйкбола и т.д.), но особенность вращения снаряда пращи, когда ось вращения направлена по линии действия ускорения свободного падения, не находит аналогий в современной жизни. В связи с этим в
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики,
2013, № 5 (87)
